Опубликован: 26.01.2012 | Доступ: свободный | Студентов: 3316 / 441 | Оценка: 4.51 / 4.26 | Длительность: 12:37:00
Лекция 1:

Теоретические основы компьютерной графики

Лекция 1: 123 || Лекция 2 >
Аннотация: Редкая статья или книга по графике, обходятся без обсуждения особенностей представления графической информации в компьютере. Это не дань дурной традиции; данные способы описания обладают фундаментальными различиями, которые влияют на всю технологию обработки изображений и даже мышление цифрового художника.

Модели формы и цвета

Файлы к данному курсу Вы можете скачать здесь.

Растр и вектор

Существуют два принципиально различных способа работы с графикой. В векторной графике изображение представляется в виде набора объектов или фигур, геометрия которых описывается математическими формулами. Множество возможных объектов (их называют иногда примитивами), из которых строятся изображения ограничено. В этот набор входят простые геометрические фигуры: линии, треугольники, прямоугольники, многоугольники, овалы и некоторые другие формы. Оперируя примитивами и их атрибутами оформления, можно получать изображения различного содержания и сложности. Такой подход к рисованию, который по своей технике обращения с элементами напоминает конструирование, реализован в так называемых векторных редакторах. Среди современных программ этого типа наибольшее распространение получили редактор Corel Draw производства канадской фирмы Corel и пакет Illustrator, разработанный корпорацией Adobe.

Трудно составить исчерпывающий перечень применений векторной графики. Логотипы, эмблемы, фирменные знаки, стилизованные рекламные надписи, планы, схемы, чертежи, денежные знаки, ценные бумаги, эскизы одежды и многое другое - все эти объекты графики целиком или в значительной степени являются продуктами векторных редакторов.

Если провести инвентаризацию достоинств и недостатков векторной графики, то у нее обнаружится множество преимуществ: хорошая масштабируемость, небольшие размеры графических файлов, независимость от среды визуализации, высокая скорость обработки, невысокие требования к вычислительным ресурсам и многое другое. Всего лишь два принципиальных недостатка мешают присудить этому способу описания графики победу за явным преимуществом. Это невозможность создания реалистичных изображений и сложность описания геометрии.

Есть и иной подход к описанию графики. В растровой графике любое изображение представляется в виде совокупности точек небольшого размера - растра. Эти элементарные частички изображения называются пикселями (от английского picture element или picture cell). Множество пикселей небольшого размера на некотором удалении воспринимается наблюдателем как целостный образ, а не как массив точек.

Не существует ограничений на применения этого способа описания графики. В виде совокупности точек можно представить пейзажный снимок, фотопортрет, оцифрованный рисунок и многое другое.

Потребительские свойства вектора и растра удивительным образом дополняют друг друга: сильные стороны одного способа описания - это слабости другого и наоборот.

Примитивный способ организации растровых рисунков нисколько не мешает их способности представлять сложные композиции и образы предельной реалистичности, например натурные фотографии. Растровые рисунки легко интерпретируются компьютерными программами. Эта стало одной из причин широкого распространения растровых форматов во всемирной сети Интернет. В значительном своем большинстве изобразительный ряд того раздела сети, который называется World Wide Web (WWW) , состоит из рисунков этого состава.

В точных науках существует формула "при прочих равных условиях". Она позволяет автору провести сравнение в приблизительно равных условиях, которые часто не достижимы в реальности, воспроизводимы только в мыслимом эксперименте. Если применить эту формулу для сравнения размеров векторных и растровых файлов, то окажется, что растр - это более громоздкая структура, которая требует для своего хранения и обработки больших вычислительных ресурсов.

Точечная графика отличается высокой чувствительностью к геометрическим преобразованиям. Этот тезис легко подтвердить в следующем простом мысленном испытании. Представим себе, что на некоторый носитель (например, холст из резины), обладающий неограниченной способностью к растяжению, нанесена сетка из точек небольшого размера, которая в своей совокупности образует некоторый образ.

 Деградация качества растрового изображения при значительном увеличении

Рис. 1.1. Деградация качества растрового изображения при значительном увеличении

Что произойдет, если этот носитель подвергнуть значительному растяжению? Размеры точек увеличатся и, при достижении некоторого коэффициента масштабирования, ранее незаметная точечная структура станет очевидной для наблюдателя (рис. 1.1). Это приведет к потере качества изображения. Некоторые растровые оригиналы претерпевают определенную деградацию при повороте, наклоне и других геометрических преобразованиях.

Развернутое обсуждение недостатков растровой графики не должно стать основанием для вывода об ущербности этого направлении информатики. Это вполне доброкачественная отрасль компьютерной графики, которая продолжает постоянно развиваться.

Принципы синтеза цвета

Информация о цвете и яркости точек растрового изображения хранится в двоичном виде. Чтобы правильно интерпретировать эти данные одних кодовых значений недостаточно. Действительно, пусть некоторый пиксел описывается числом 24, заданным в двоичной системе счисления. Это может означать величину тона, значение цвета и номер краски в некоторой библиотеке стандартизованных цветов. Для правильной расшифровки кодов точек, составляющих изображение, требуется договориться о правилах их интерпретации. Такие соглашения вводятся при помощи задания цветовых моделей. Цветовая модель фиксирует правила расшифровки и обработки кодовых слов растровой картинки.

Все распространенные цветовые модели в зависимости от их особенностей и области применения можно разделить на три группы:

  • аппаратно-зависимые - модели, используемые в технических средствах ввода-вывода графической информации;
  • аппаратно-независимые - модели, не связанные с конкретным воспроизводящим устройством, они описывают цвет в абстрактных колориметрических терминах. Эти модели предложены международной комиссией по освещению CIE (Commission Internationale d'Eclairage), их широко применяют в теоретических исследованиях и системах управления цветом;
  • интуитивные - модели, построенные на основе субъективного восприятия цвета человеком.

В технических средствах используются два типа цветных объектов - самосветящиеся, излучающие объекты (экраны электронно-лучевых трубок, плазменные панели, матрицы светодиодов) и несамосветящиеся объекты, отражающие или преломляющие падающий на них свет (бумажные оттиски, светофильтры и т.п.).

Для излучающих объектов используется аддитивный принцип синтеза, когда требуемый цвет формируется за счет смешения основных (несводимых) цветовых оттенков. В этом случае целесообразно использовать модель, основанную на принципе сложения цветов, которая называется аддитивной моделью. Самой известной моделью такого типа является модель RGB. Ее название образовано по первым буквам базовых цветовых координат Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий).

Цвет несамосветящихся объектов формируется по субтрактивному принципу синтеза. Этот цвет образуется как сумма непоглощенных составляющих светового потока некоторого внешнего источника. Корректное описание данного цветового феномена дает так называемая субтрактивная цветовая модель CMY. Ее название образовано по первым буквам цветовых координат Cyan (голубой), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый).

 Аддитивный и субтрактивный принципы синтеза цвета

Рис. 1.2. Аддитивный и субтрактивный принципы синтеза цвета

На рис. 1.2 слева показаны результаты смешения цветов в аддитивной модели для трех самосветящихся площадок чистых цветов (красного, зеленого и синего). С правой стороны этого рисунка представлены результаты смешения цветов в субтрактивной модели для трех несамосветящихся площадок чистых цветов (голубого, пурпурного и желтого).

Приведем основные правила сложения цветовых координат, которые описывается восемью простыми формулами:

  1. Желтый = Красный + Зеленый;
  2. Белый = Красный + Зеленый + Синий;
  3. Пурпурный = Красный + Синий;
  4. Голубой = Синий + Зеленый;
  5. Красный = Желтый + Пурпурный;
  6. Зеленый = Желтый + Голубой;
  7. Черный = Желтый + Пурпурный + Голубой;
  8. Синий = Пурпурный + Голубой.

Цвета одной модели являются дополнительными к цветам другой модели.

Дополнительными (комплиментарными) называется цвета, которые в своей сумме дают чистый белый цвет, чистый черный или оттенок серого. Дополнительным для красного служит голубой, поскольку голубой получается смешением зеленого и синего. Дополнительным для зеленого является пурпурный (пурпурный = красный + синий), для синего - желтый (желтый = красный + зеленый).

Растровый редактор Photoshop способен обрабатывать изображения, заданные при помощи восьми цветовых моделей. Только шесть из них способны хранить информацию о цвете, остальные предназначены для черно-белых или полутоновых изображений.

Рассмотрим самые востребованные из этих моделей. Названия моделей приводятся по их версии в Photoshop, в программах сканирования и других графических программах они могут иметь иные наименования. Иногда цветовые модели называют цветовыми системами.

Модель Bitmap

Моделью Bitmap называется такой способ представления растровой графики, когда на каждую точку изображения отводится только по одному двоичному разряду. Средствами такого короткого кодового слова можно представить только два состояния пиксела. Обычно такими состояниями являются черный и белый цвет, поэтому изображения, записанные в Bitmap, называются черно-белыми или монохромными (рис. 1.3). Модель не дает возможности представить цвет и плавные тоновые градации. Иногда ее называют Black and White, B&W, B&W Document, LineArt, и др.

 Изображение в системе Bitmap. Фрагмент картинки показан с четырехкратным увеличением

увеличить изображение
Рис. 1.3. Изображение в системе Bitmap. Фрагмент картинки показан с четырехкратным увеличением

Возможности редактирования изображений в режиме Bitmap существенно ограничены. Они не могут быть сглажены, к ним не применяются фильтры и инструменты размытия, они не могут быть обработаны средствами тонирования и настройки резкости. Наконец, что очень важно, такие изображения не могут раскладываться на отдельные слои.

Изобразительные возможности однобитовой модели предельно ограничены. Она подходит для ограниченного числа графических примеров и ситуаций. В таком виде обычно хранятся текстовые документы, планы, чертежи, штриховая графика, некоторые виды карандашных рисунков и пр.

Редактор Photoshop позволяет свободно менять цветовые модели цифровых изображений, но он не разрешает прямой переход в режим Bitmap. Для решения этой задачи требуется предварительно перевести картинку в режим Grayscale.

Лекция 1: 123 || Лекция 2 >
Карина Полуэктова
Карина Полуэктова

В курсе "Обработка растровых изображений в Adobe Photoshop" отсутствуют рисунки к лекции 1 (к следующим, думаю, тоже), виден только номер рисунка и значок. В связи с чем это может быть? Программа просмотра установлена. Ведь рисунки в данном курсе важны для представления информации. Кроме того, ссылка "Скачать материалы курса можно здесь" не работает.